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Abr 9 2018
Fuentes de Energías Renovables y No Renovables

Las fuentes de energía pueden ser clasificadas en renovables y no renovables. Las energías renovables son llamadas también no convencionales; en cambio, las energías no renovables son llamadas convencionales. ¿Por qué piensas que es así? Sucede que las personas, en especial desde la revolución industrial, ha conseguido energía a partir de fuentes que son agotables, como el carbón, el gas y el petróleo. Debido a la inminente escasez de estos recursos, es necesario buscar fuentes alternativas a partir de las cuales podamos obtener e. eléctrica y que sean inagotables, como la luz solar o el viento.

En este artículo hablaremos tanto de las e. renovables como las no renovables. Comenzaremos con aquellas fuentes convencionales que aún persisten: los combustibles fósiles, que su combustión incrementa, lamentablemente, el calentamiento global y la reducción de la capa de ozono.

Energía de los Combustibles Fósiles

Bien sabemos que las fuentes de energía son aquellas fuentes, ya sean naturales o artificiales, de las que podemos obtener energía y utilizarla. Por ejemplo, el Sol es una inagotable fuente de energía que, bien aprovechada, da grandes frutos: la e. solar puede aprovecharse muy bien en zonas donde hay un elevado número de horas de sol al año.

Actualmente, más del 75% de la energía utilizada en el mundo proviene del consumo de combustibles fósiles: petróleo (mayoritariamente), carbón y gas natural. En particular, el uso del carbón y del petróleo provoca una alta contaminación ambiental. Teniendo en cuenta la producción actual, si esto se mantiene así en los próximos años, se dispondría de petróleo y gas natural para unos 40 ó 50 años más. Por su parte, habría carbón para unos 250 años más.

Hace millones de años, los restos de seres vivos (en presencia de ciertas condiciones de temperatura y presión) se transformaron en el suelo terrestre dando lugar a fuentes de energía que hoy utilizamos a diario. Estas fuentes, como el carbón mineral, el petróleo y el gas natural, contienen una gran cantidad de e. química que se puede aprovechar, por lo que poseen un gran poder calorífico.

Gas Natural

Energía de Combustibles fósiles: gas.

Algunos vehículos lo utilizan como combustible (Gas Natural Comprimido). Se usa generalmente para calefaccionar y cocinar. Por otro lado, las centrales térmicas lo utilizan para obtener e. eléctrica.

Petróleo

Energía de Combustibles fósiles: petróleo.

Las centrales térmicas obtienen e. eléctrica a partir de los combustibles obtenidos a partir de la destilación fraccionada del petróleo, tales como nafta, querosén, gasoil, entre otros. Evidentemente, seguro estarás pensando en que se utiliza para hacer funcionar motores de automóviles y otras máquinas.

Carbón Mineral

Energía de Combustibles fósiles: carbón.

Muchas casas utilizan el carbón mineral para la calefacción y la cocción de alimentos, como los típicos asados argentinos. En general, se usa en la obtención de e. eléctrica en las centrales térmicas, sólo que generan grandes cantidades de dióxido de carbono que aceleran el calentamiento global.

Energía Eólica

La energía eólica es la energía obtenida a partir del viento, es decir, la e. cinética generada por efecto de las corrientes de aire.

Ventajas:

  • Es renovable y abundante.
  • Es limpia, no contamina.
  • Aprovecha las zonas áridas, o no cultivables por su topografía
  • Garantiza autonomía por más de 80 horas, sin conexión a redes de suministro.
  • Es segura y confiable.
  • El tiempo de instalación es rápido, entre 4 meses y 9 meses.

Desventajas:

  • Es discontinua, la intensidad del viento  y su dirección cambian repentinamente  pudiendo producir apagones y daños.
  • Algunos parques ocupan zonas protegidas.
  • El aerogenerador produce una muy elevada cantidad de ruido, derivando en contaminación sonora.
  • Los aerogeneradores afectan muchas rutas migratorias de aves y murciélagos.
  • Se produce un choque visual y paisajístico.
  • Requiere cables de alta tensión cuatro veces más gruesos para evacuar la producción. Económicamente, esto es una desventaja.
Energía Eólica.
Parque eólico con molinos.

Energía Mareomotriz

Hay lugares en la que la diferencia de nivel del agua entre la marea alta (pleamar) y la marea baja (bajamar) es de varios metros; es decir, la diferencias son muy importantes. Esta diferencia de altura permite obtener e. cinética, es decir, energía del movimiento, que se utiliza para mover turbinas y así generar electricidad.

En conclusión, la energía mareomotriz es la que se obtiene del movimiento ascendente y descendente del agua del mar, producido por las mareas.

La e. mareomotriz es, sin duda, una energía proveniente de una fuente renovable que evita la contaminación atmosférica por emanación de gases como dióxido de carbono (una buena forma de bajar la obtención de e. eléctrica mediante combustibles fósiles). Pero como todo, tiene una contra: la construcción de las plantas mareomotrices puede llegar a ser costosa y significar un impacto en el ecosistema acuático.

La e. mareomotriz podría aportar, en un año, la e. mareomotriz podría aportar, en un año, la energía equivalente a unos 1 405 millones de barriles de petróleo.

Energía Geotérmica

Es la que proviene del calor que se encuentra en el interior de la Tierra, aprovechando generalmente los géiseres, grandes columnas de agua y vapor que surgen en zonas volcánicas.

Ventajas:

  1. Los residuos que produce son mínimos.
  2. Una vez en funcionamiento, tienen un gran sistema de ahorro económico.
  3. No genera ruidos exteriores.
  4. No contamina, si se la utiliza correctamente.
  5. La emisión de CO2 es inferior al que se emitiría para obtener la misma energía por combustión y puede llegar a ser nula.

Desventajas:

  1. Las plantas geotérmicas no son económicas de construir.
  2. Sólo puede ser utilizada en ciertas regiones del mundo.
  3. La perforación de rocas generalmente emite gases y minerales peligrosos del centro de la tierra.
  4. Contaminación térmica.
  5. La presencia de una planta geotérmica altera el paisaje indudablemente, pues se coloca una obra artificial que contrasta con lo natural.
  6.  Una planta geotérmica no produce casi ningún ruido. Por otra parte, los géirsers sí generan ruidos.

Energía Solar

La energía solar es la energía proveniente del Sol. Esta energía llega a nosotros en forma de luz y calor, por lo que podríamos decir que nos llega en forma de e. lumínica y e. calórica, respectivamente.

La e. solar se puede aprovechar a partir de placas fotovoltaicas, las cuales convierten la luz en electricidad. Otra forma de aprovecharla es utilizando hornos solares, o bien mediante centrales que utilizan espejos, los cuales concentran los rayos del Sol en una torre central. Al hacer esto, la temperatura en ese sitio puede alcanzar los 4000°C. Al colocarse una caldera, el vapor de agua producido impulsa una turbina que genera e. eléctrica.

Energía Solar.
Si bien la ventaja de la energía solar es que es una energía limpia que no produce contaminación atmosférica, su coste es muy elevado y pocos hogares pueden contar con paneles solares para autoabastecerse de energía eléctrica.

La energía proveniente del Sol no es la misma en todos los puntos de la Tierra. Por ello, es altamente aprovechable en zonas en donde la incidencia de la radiación solar es alta. El uso de paneles solares supone un avance increíble en la lucha contra el uso de las energías no renovables.

Energía Hidráulica

La energía hidráulica aprovecha la energía de ríos y otros cursos de agua. Se instala una represa que interrumpe el río, haciendo que el nivel de agua ascienda hasta obtener una diferencia de altura considerable entre un lado y el otro. A continuación, se abren las compuertas y se deja pasar el agua (que almacena e. potencial). El agua mueve turbinas ubicadas en la represa. Al moverse, generan e. eléctrica que es aprovechada por pueblos y grandes regiones.

Represa hidroeléctrica. La e. hidráulica presenta la ventaja de ser limpia y que no contamina los cauces de río; sin embargo, genera contaminación visual, perjudica el hábitat y la migración de la fauna (como los peces) y la construcción de represas no es económica.

En Argentina, por ejemplo, la represa hidroeléctrica de Yaciretá, ubicada al norte de la provincia de Corrientes, genera grandes cantidades de e. eléctrica que es transportada por la región.

Energía Undimotriz

La energía undimotriz es la que se obtiene a partir del oleaje. Como las olas son producidas, en su mayor parte, por los vientes y estos, a su vez, son ocasionados por las corrientes de convección causadas por el Sol, podríamos decir que la e. solar es causante de la e. undimotriz, con la cual se puede obtener e. eléctrica mediante boyas eléctricas y sistemas como el Sistema Pelamys.

Las boyas eléctricas constan de turbinas fijadas al fondo marino, conectada con una boya. Las olas hacen que las boya y las boyas, a continuación, mueven la turbina, la cual genera electricidad.

El Sistema Pelamis, por su parte, consta de partes articuladas flotantes. Las olas mueven las diferentes partes y esto produce electricidad mediante un generador.

El impacto ambiental es bajo, pero tenemos que tener en cuenta que la fuerza del oleaje es mayor cuanto más nos alejamos del Ecuador. En las costas, la incidencia de las olas es también mayor.

Energía de Biomasa

Se llama E. de Biomasa a la energía proveniente de la materia orgánica, de origen animal o vegetal. La biomasa es, justamente, el conjunto de materia orgánica y puede obtenerse energía de ella mediante la transformación natural o artificial de los restos de seres vivos.

La quema directa es una forma de obtener energía de la biomasa (como cuando se quema madera para obtener e. calórica y así calentar agua, cuyos vapores giran turbinas que generan e. eléctrica). En otras oportunidades se realiza una transformación de la biomasa para conseguir otro tipo de combustible, como el biodiésel.

El biogás, por ejemplo, se forma cuando las bacterias liberan energía al actuar sobre desechos orgánicos. Los disgresores son tanques en donde se acumula este biogás, que no es más ni menos que gas metano (el gas de la cocina) y se utiliza como combustible. Si bien no se usa mucho en Occidente, excepto en zonas rurales, es bastante común en países del Oriente.

Mesografía Sugerida

El canal HogarTV Channel propone el video “Combustibles Fósiles y el Impacto sobre el Medio Ambiente”. Te sugerimos escuchar la entrevista que el video expone, disponible en https://www.youtube.com/watch?v=H6psmiS9_Uo

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Mar 19 2018
La EFICIENCIA de los artefactos eléctricos
La eficiencia de los artefactos eléctricos.
La eficiencia de los artefactos eléctricos.

El concepto de Eficiencia

Seguramente sabrás que la energía no se puede crear ni destruir, se conserva y no se gasta, sólo se transforma o se transmite de un cuerpo a otro. Este principio se denomina primer principio de la conservación de la energía.

¿No se gasta? Entonces ¿por qué los electrodomésticos tienen un cartel que muestra la eficiencia de los mismos? ¿Qué es la eficiencia?

En todo proceso real las fuerzas de fricción hacen que una parte de energía inicial se disipe en forma de calor u otras formas de energía, tales como la sonora o la lumínica. La parte aprovechable de la energía se llama eficiencia. Ésta sería del 100% el caso hipotético en el que toda la energía que se recibe se transformara en la forma de energía que se desea obtener.

Para entender un poco más el concepto, imaginemos que armamos un péndulo como el del dibujo. Si no existiera rozamiento con el aire, el péndulo oscilaría eternamente. Pero sabemos muy bien que eso no sucede y que, al cabo de un tiempo, el péndulo se detiene.

Modelo Físico de un péndulo.

Esto ocurre porque en un péndulo real, el movimiento cesa debido a que la energía se va disipando, así como -por ejemplo- una pelota que cae al suelo no rebota continuamente, sino que va perdiendo energía a medida que pasa el tiempo, hasta que se detiene.

La eficiencia de los diferentes artefactos eléctricos

En la siguiente lista veremos cuál es la eficiencia de algunos aparatos de nuestra vida cotidiana.

Locomotora de vapor: 9%
Motor eléctrico pequeño: 62%
Motor eléctrico grande: 93%
Tubo fluorescente: 25%
Motor a nafta: 30%
Planta hidroeléctrica: 95%
Reactor nuclear: 30%
Celda solar: 20%
Calentador solar: 62%
Lamparita común: 5%
Horno de gas: 85%
Licuadora: 62%

Curiosidades

El físico que estudió las transformaciones de energía en la historia por primera vez fue el inglés James Prescott Joule, que vivió entre 1818 y 1889. En honor a él, la unidad de energía en el Sistema Internacional es el joule (J). La energía es una magnitud y, por lo tanto, puede medirse y esa medida debe expresarse mediante una unidad.

James Prescott Joule (1818 – 1889).
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Mar 6 2018
La corriente eléctrica: ¿Cuáles son los efectos en el cuerpo?
Medidores de corriente eléctrica
Medidores de corriente eléctrica

La corriente eléctrica y sus consecuencias en el cuerpo

El shock eléctrico

Cuando una corriente eléctrica pasa por el cuerpo, produce ciertos efectos que, en el área de la #salud y la #medicina, llamamos shock eléctrico, que puede producir un mal funcionamiento cardíaco o daños en los tejidos del cuerpo (debidos al calentamiento).

En este informe, nos dedicaremos a ver cuáles son los efectos que produce la electricidad en el cuerpo. ¡Así que ten cuidado y siempre sé cauteloso y prudente a la hora de manipular cables eléctricos y dispositivos potencialmente peligrosos!

Para empezar, tendremos que decir que las secuelas más profundas se relacionan con la corriente alterna, que produce contracciones en los músculos al excitarse los nervios.

Ahora sí, veamos el efecto que produce cada intensidad, según un experimento inglés. Estos datos fueron extraídos de una experiencia realizada en Inglaterra, usando corriente alterna de 50 Hz. La corriente circula desde una mano hacia la otra de un individuo que debía describir la sensación que le
provocaba (Fuente: Cooper, Fordham, Electrical Safety Engineering, Londres, Butterworth, 1989.)

Efectos de un shock eléctrico

La corriente eléctrica y sus efectos
La corriente eléctrica y sus efectos

Si la corriente que circula por el cuerpo es mayor a un determinado valor, una persona es incapaz de controlar sus músculos para separarse de la fuente de corriente.

la corriente electrica
Una intensidad de, aproximadamente, 10 mA es el valor límite que corresponde a una frecuencia de 50 Hz, la utilizada en Argentina.

Si la corriente eléctrica fluye desde la mano izquierda hasta el pie derecho es más peligroso que si sucediese en la situación inversa. Esto sucede porque el shock eléctrico será más perjudicial para las funciones del corazón cuando la corriente fluya más cerca de dicho órgano o lo atraviese directamente.

No sólo depende de la cantidad de corriente sino también del tiempo que fluye. Una corriente eléctrica puede producir un paro cardíaco momentáneo o producir una fibrilación ventricular (esto es, los músculos del ventrículo se contraen rápidamente en forma desordenada), lo que imposibilita el bombeo de sangre y, consecuentemente, no permite que llegue oxígeno a los demás tejidos. Esto puede provocar la muerte si es que no se realiza el tratamiento adecuado.[note]Fuente: Aristegui, Rosana y otros; “Física I”; Santillana POLIMODAL; 2005[/note]

Ensamble de Ideas – Copyright MMXXII

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Mar 5 2018
Nueva partícula creada, Skyrmion, promete ser un avance en los reactores de fusión nuclear.
Nueva partícula creada (Skyrmion)
Nueva partícula creada Skyrmion)

La creación de skyrmion

Hace 40 años, una nueva partícula cuántica había sido ideada; sin embargo, por primera vez ha sido creada en un laboratorio hoy en día según un estudio publicado por la revista Science Advances.

“Hemos creado, por primera vez, un skyrmion -propuesta originalmente por Tony Skyrme en 1962- tridimensional. Se trata de una nueva pseudopartícula, un conjunto de átomos que se comportan como una partícula fundamental, pero sin llegar a serlo”, menciona Mikko Möttönen, líder del grupo teórico en la Universidad de Aalto, Finlandia, que junto con científicos estadounidenses de Amherst College, lograron la hazaña.

La física de partículas es un campo asombroso que promete muchos más descubrimientos increíbles.

“Los momentos magnéticos de los átomos, sus espines, están entrelazados formando un nudo que se puede mover o apretar, pero no deshacer, como un nudo en una cuerda con los extremos atados”, explica Möttönen. “Si pudiésemos aplicar esta técnica para crear bolas de plasma calientes sería un gran avance para los reactores de fusión nuclear, aunque esto necesita de más investigación”, añade, con vista a nuevas manipulaciones y estabilización de bolas de plasma en reactores nucleares.

El líder del equipo finlandés también recuerda haber presenciado un rayo de luz en su pasado. Los rayos en forma bola no son usuales. “Es notable que pudiéramos crear el nudo electromagnético sintético, es decir, un rayo de bola cuántica, esencialmente con sólo dos corrientes eléctricas en contracorriente. Por lo tanto, es posible que pueda surgir una un rayo en bola natural en un rayo normal”, menciona.

“El gas cuántico se enfría a una temperatura muy baja donde forma un condensado de Bose-Einstein: todos los átomos en el gas terminan en el estado de energía mínima. El estado ya no se comporta como un gas ordinario, sino como un solo átomo gigante”, explica el profesor David Hall, líder del equipo de Amherst College.

Rayos negativos
Rayos negativos, cayendo hacia un punto alto de la superficie terrestre.

¿Qué sabemos acerca de los rayos? Posiblemente, se crea que los rayos sólo “caen” hacia tierra. Es verdad que la gran mayoría de los rayos que se generan en las nubes se dirigen al suelo (llamados rayos negativos), pero también existen otros tipos de rayos. Algunos “caen hacia arriba”, yendo desde el suelo a las nubes (llamados rayos positivos, que tienen mayores ramificaciones y poseen una intensidad mayor); otros, son simplemente relámpagos (rayos intranubes o internubes, que no “caen); y, por último, los extraños “rayos globulares” (o rayo en bola) que poseen formas esféricas y raramente se visualizan en los horizontes.

“Se necesita más investigación para saber si también es posible crear un rayo de bola real(…). Nuevos estudios podrían conducir a encontrar una solución para mantener el plasma unido de manera eficiente y permitir reactores de fusión más estables que los que tenemos ahora”, explica Möttönen.

Nueva partícula creada (Skyrmion) – Ensamble de Ideas – Copyright MMXXII

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Mar 4 2018
¿Cuánta radiación puede recibir una persona por año?

Unidades de la Radiación Absorbida

En la medición del efecto de la radiación absorbida por el cuerpo humano o por un animal, se utiliza una unidad llamada sievert (Sv) o su submúltiplo milisievert (mSv) que equivalea 0,001 Sv. En términos de unidades más conocidas, 1 Sv es igual a la radiación de 1 Joule sobre una masa de 1 kg, teniendo en cuenta el tipo de radiación y la zona irradiada.

¿Cuánta radiación puede recibir una persona como máximo?

  • Para trabajadores expuestos ocupacionalmente a radiación ionizante, la Comisión Internacional de Protección Radiológica (ICRP) generalmente establece un límite anual de dosis efectiva de 20 millisieverts (mSv) promediados sobre cinco años, con un límite único de 50 mSv en cualquier año.
  • Para el público en general, el límite de dosis anual efectiva es significativamente más bajo, generalmente alrededor de 1 mSv al año. Este límite es mucho más bajo debido a la presunción de que el público no tiene la misma comprensión o control sobre la exposición a la radiación que los trabajadores expuestos ocupacionalmente.
  • Para pacientes sometidos a procedimientos médicos con radiación ionizante, los límites de dosis varían según el tipo de procedimiento y la parte del cuerpo expuesta. Los profesionales médicos hacen todo lo posible para minimizar la dosis de radiación mientras se obtienen los beneficios necesarios del procedimiento.

¿Pero cuánto es el valor promedio de radiación recibida por una persona, anualmente, en contacto con las fuentes de radiación cotidianas? Antes de detallar esto, te recomendamos leer el artículo dedicado a radiación haciendo click aquí. Aunque no lo creas, constantemente estamos expuestos a la radiación en nuestro día a día. Incluso nuestro propio cuerpo es una fuente de radiación. Algunos alimentos, como la leche o el café, son naturalmente radiactivos, pero la dosis liberada es tan baja que no es peligrosa en absoluto.

Entonces:

Radiación.
¿Cuánto es el valor promedio de radiación recibida por una persona, anualmente, en contacto con las fuentes de radiación cotidianas?

Fuentes de radiación natural y artificial

El cosmos nos irradia su propia radiación, llamada radiación cósmica, que nos llega a la Tierra. Esta radiación es la responsable de una dosis anual de 0,4 mSV, un poco menor que la propia radiación terrestre, de unos 0,5 mSv. Nuestro propio cuerpo es una fuente de radiación, con una dosis anual de tan sólo 0,2 mSv.

El ambiente nos da una dosis anual mucho mayor que las dichas anteriormente. El radón es un gas noble presente en el aire que se forma a partir de una serie de reacciones del uranio. La dosis anual de radiación por radón es de 1,3 mSv. Sumando todo, nos da una dosis anual de 2,4 mSv. Dependerá de las actividades de cada persona si recibirá más o menos. Por ejemplo, los radiólogos tienen un dosímetro en sus chaquetas que mide la cantidad de radiación recibida. Superado un valor límite, sería peligroso para ellos continuar con su labor.

Existen distintos estudios médicos en los que recibimos radiación. Una radiografía de tórax equivale a 1 mSv aproximadamente. Por ello, los radiólogos se “ocultan” detrás de una pared que contiene plomo durante la fotografía, de forma tal que esa radiación no les llegue.

Mesografía Sugerida

El portal de la Organización Mundial de la Salud ha publicado el artículo “Radiaciones ionizantes: efectos en la salud y medidas de protección”, disponible en: https://www.who.int/es/news-room/fact-sheets/detail/ionizing-radiation-health-effects-and-protective-measures
Allí podrás enterarte mucho más sobre el efecto de la radiación en nuestro organismo.

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Nov 21 2017
La Materia Oscura y la Energía Oscura: mucho más por descubrir

¿Sabías que en el Universo existe más cantidad de Materia Oscura que de materia visible? ¿Materia Oscura? ¿Qué es eso? Aprende un poco más sobre esta interesante temática y también sobre un concepto aún más sorprendente: la Energía Oscura.

¿Existe algo más que la materia “visible”?

Cuando éramos chicos, una falsa definición en primaria de “sustantivo concreto” era “aquello que se puede ver y tocar”, como “perro”, “árbol” o “niño”. A medida que crecíamos, nos dábamos cuenta que esa definición no era muy buena que digamos… ¿Acaso la palabra “sol” no es un sustantivo concreto? ¿Se puede tocar el sol? ¿Y el aire? Y allí descubrimos que a los sustantivos concretos se los puede percibir con los sentidos, se los puede medir fácilmente –directa o indirectamente- con instrumentos cotidianos (su temperatura, su velocidad, etc.). Una leve introducción a lo que es la física en nuestras clases de primaria.

Materia Oscura en el Universo.
¿Toda la materia se puede “ver”? No, existe la “materia oscura”. 

Así parece que, a la luz de los conocimientos adquiridos, éramos capaces de percibir la materia y la energía que conforma al universo de alguna u otra forma, éramos capaces de “ver” (en el sentido de “percibir” en una máquina que mida magnitudes) todo lo que nos rodea. Aunque no se pueda ver directamente con los ojos a la energía de, por ejemplo, los rayos x en una sala de radiografías o no se pueda percibir fácilmente la masa de algunas partículas, existen diferentes artefactos capaces de captar la masa y la energía que nuestros sentidos no podían percibir, tal como las ondas de radio o los electrones.

La materia que conocemos absorbe o refleja la luz y eso la hace visible. Por ejemplo, si a un objeto lo vemos de color rojo es porque absorbe todos los colores que recibe (recuerden que la luz blanca es una composición de todos los colores del arcoiris), pero refleja solamente el rojo y por eso lo vemos de ese color.

Puedes demostrar que la luz blanca es una composición de colores al hacer pasar un haz de luz blanca por un prisma (o, en casa, haciéndola incidir en un disco compacto).

La materia y la energía oscura

Los científicos han planteado la existencia de una materia que no absorbe ni refleja luz, llamada “materia oscura”. Aunque no es posible captarla con telescopios, esa materia oscura nos rodea y existen evidencias de su efecto gravitacional. Su origen es incierto aún, pero se ha logrado localizar y producir algunas antipartículas que podrían estar relacionas con la materia oscura.

Curiosidades

El mayor interés que los científicos tienen en mente es la utilización de la materia oscura como combustible, ya que genera grandes cantidades de energía: 10 miligramos de antimateria serían suficientes para propulsar una nave a Marte. ¡Muy curioso!

El 68% del Universo conocido está formado por Materia Oscura. ¿Lo sabías? El 27% corresponde a Energía Oscura y sólo el 5% corresponde a lo que comprendemos y estudiamos usualmente en Astronomía.

Energía Oscura.
¡También existe la energía oscura! Responsable de muchos fenómenos, como la expansión del universo.

Actividades

  1. Preguntas clave para entender el texto: a) ¿Qué es la Materia Oscura? b) ¿Y la Energía Oscura? c) ¿Cuál es la importancia de la comprensión de estos temas?
  2. Arma un gráfico de torta a partir de los porcentajes presentes en la sección “Curiosidades” de este artículo.

Mesografía Sugerida

En NASA Space Place puedes encontrar más información sobre lo leído hasta aquí. Te recomendamos el artículo “Dark Matter”, disponible en https://spaceplace.nasa.gov/dark-matter/sp/

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Mar 8 2017
La DATACIÓN RADIACTIVA: calculando la edad de las rocas en el laboratorio

En este artículo hablaremos sobre la Datación Radiactiva, dando una explicación sobre cómo puede ser calculada la edad de las rocas en un laboratorio.

El tiempo de vida media

¿Alguna vez te preguntaste cómo puede saberse la edad de un meteorito, una roca o un fósil? En la paleontología, estos datos son importantísimos, así como para estudiar la edad de nuestro propio planeta. Averigüemos cómo lo hacen.

En otros artículos de Ensamble de Ideas, hemos visto el concepto de tiempo de vida media, el cual es el tiempo que tarda una muestra de cierta sustancia en reducir su concentración a la mitad. ¿Qué significa todo esto?

Sencillo: imagina tener una cantidad de materia que es radiactiva, es decir, que emite radiación constantemente. La pesas y ves, en tu balanza, que tienes 40g de esa sustancia. Si el tiempo de vida de tu sustancia fuera de 2 días, significa que pasados dos días desde que lo pesaste tendrás 20g de sustancia. En los siguientes dos días (es decir, cuatro días después de que lo pesaste), te quedarán sólo 10 días. Lo importante es que veas que no significa que te quedarás sin sustancia sino que la concentración bajó a la mitad.

¿Y qué pasó con la parte “perdida”? En realidad, parte de la materia se transformó en energía (que llamaremos energía radiante) y quedarán partículas mucho más pequeñas o sencillas.

Datación por isótopos de uranio-238

¿Qué elementos radiactivos se te vienen a la mente? Lo más común es pensar en elementos como el uranio o el plutonio. Pues sí, ellos son los más comunes, pero existen muchos más. Ya que algunos miembros de la serie del uranio tienen vidas medias muy largas, resultan particularmente adecuadas para calcular la edad de rocas en la Tierra y en objetos extraterrestres.

Existe una partícula llamada “uranio-238” (pues su masa atómica es de 238, el más abundante en la naturaleza). A medida que pasa el tiempo, este uranio -presente en los minerales- irá descomponiéndose en partículas mucho más sencillas. En particular, el uranio-238 libera energía radiante y pasa a ser otra partícula más pequeña, el plomo-206. El tiempo de vida media del uranio-238 es de \( 4,51\cdot 10^{9}\), esto es unos 4.510.000.000 años (¡casi la misma edad que tiene nuestro planeta!)

Ecuación 1: Ésta es la ecuación química que representa el decaimiento radiactivo del uranio-238 en plomo-206.

Teniendo en cuenta lo dicho anteriormente, en las rocas actuales se deberían encontrar (y en efecto, se encuentran) algunos isótopos de plomo-206 formados por decaimiento radiactivo. Suponiendo que no había plomo presente cuando el mineral se formó y que el mineral no ha sufrido cambios químicos que pudieran provocar la separación del isótopo de plomo-206 del uranio-238 padre, es posible calcular la vida de las rocas a partir de la relación de masas de 206Pb a 238U.

La Ecuación 1 indica que por cada mol o 238g de uranio que sufre un decaimiento completo, se forma un mol o 206g de plomo. Interesantes estudios basados tanto en las series de uranio como en otras series de decaimiento radiactivo permiten determinar la vida de las rocas de mayor edad y, por lo tanto, probablemente a la vida de la Tierra misma, en unos 4,5 x 109 ó 4,5 mil millones de años.

Datación por isótopos de potasio-40

Respecto de la datación mediante la utilización de isótopos de potasio-40, se puede decir que ésta es una de las técnicas más importantes en Geoquímica. El isótopo radiactivo de potasio-40 decae de varias formas distintas, pero la más relevante en lo que respecta a la determinación de antigüedades es la de captura de electrones:

Ecuación 2: Ésta es la ecuación química que representa el decaimiento radiactivo del potasio-40 en argón-40.

La acumulación de argón-40 gaseoso se usa para medir la vida de un espécimen. Cuando un átomo de potasio-40 decae en un mineral, el argón-40 que se forma queda atrapado en la red del mineral y sólo puede escapar si el material se funde. La fundición es, por lo tanto, el procedimiento para analizar una muestra de mineral de laboratorio.

La cantidad de argón-40 presente puede medirse convenientemente con un espectrómetro de masas. Conociendo la relación de argón-40 a potasio-40 en el mineral y la vida media del decaimiento es posible establecer la edad de rocas que tienen entre miles y billones de años de edad.

¿Qué es la espectrometría de masas?

La espectrometría de masas es una técnica experimental que permite la medición de iones derivados de moléculas. El espectrómetro de masas es un instrumento que permite analizar con gran precisión la composición de diferentes elementos químicos e isótopos atómicos, separando los núcleos atómicos en función de su relación masa-carga.

Fósiles en los que se usa la Datación Radiactiva.
Fósiles utilizados para estudiar los organismos prehistóricos.

Aquí concluimos nuestro recorrido por el útil mundo de los fenómenos ligados a la datación radiactiva. Es evidente que su descubrimiento fue uno de los más importantes de la historia científica por sus usos contemporáneos. Es evidente que su descubrimiento es insoslayable para el desarrollo de la ciencia misma.

NTICx en la Escuela

Podrás “jugar” con la datación radiactiva con la aplicación descargable para PC propuesta el PhET Colorado disponible en https://phet.colorado.edu/es/simulation/radioactive-dating-game

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Mar 3 2017
Transmutación nuclear explicada fácil

Transmutación Nuclear

El campo de la química nuclear sería algo estrecho si el estudio se limitara a los elementos radiactivos naturales. Un experimento llevado a cabo por Rutherford en 1919, sin embargo, sugirió la posibilidad de observar la radiactividad artificial. Cuando una muestra de nitrógeno se bombardeó con partículas alpha, se llevó a cabo la siguiente reacción:

Se produjo un isótopo de oxígeno-17 con la emisión de un protón.
Se produjo un isótopo de oxígeno-17 con la emisión de un protón.

La reacción presentada puede abreviarse como:

transmutacion nuclear

Puede observarse que la partícula que se bombardea se escribe primero en el paréntesis y después la partícula que se emite. En este caso, se bombardea con partículas alpha o Helio-4 y se emite un protón, de carga eléctrica positiva.

Esta reacción demostró por primera vez la posibilidad de convertir un elemento en otro (es decir, la llamada transmutación nuclear.

Las transmutaciones nucleares difieren del decaimiento radiactivo en que la última es un proceso espontáneo; en consecuencia, en las ecuaciones de descomposición sólo aparece un reactivo en el lado izquierdo de la ecuación.

Aunque los elementos ligeros generalmente no son radiactivos, pueden serlo si se bombardea sus núcleos con partículas apropiadas. El isótopo radiactivo de 14C, por ejemplo, puede prepararse bombardeando nitrógeno-14 con neutrones. Este proceso se explicará más detalladamente en el próximo eje porque será de vital importancia para la comprensión de los temas a tratar.

Por su parte, el tritio, hidrógeno de A = 3, se prepara mediante el siguiente bombardeo:

Transmutación Nuclear del Litio-6

El tritio se descompone con la emisión de partículas β:

transmutacion nuclear

Muchos isótopos sintéticos se preparan usando neutrones como proyectiles. Esto es particularmente conveniente porque los neutrones no llevan cargas y por lo tanto no son repelidos por los núcleos. La situación es diferente cuando los proyectiles son partículas cargadas positivamente; por ejemplo, cuando se utilizan protones o partículas α, como en:

transmutacion nuclear

Como se observa en la ecuación, el alumninio-27 es “bombardeado” con partículas alpha, también llamadas helio-4, realizando una transmutación nuclear que da origen a una partícula de fósforo-30, liberando un neutrón.

Para reaccionar con el núcleo de aluminio, las partículas alpha deben tener una considerable energía cinética para poder superar la repulsión electrostática entre ellas mimas y los átomos blancos del bombardeo.

Te recomendamos la lectura previa de los primeros tres artículos de la serie Radiactividad:

RADIACTIVIDAD
RAYOS ALPHA, BETA Y GAMMA 
Serie de decaimiento radiactivo
Tiempo de Vida Media

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Fuentes:

Chang, Raymond (4ta. Edición. 1992). Química, p. 40, pp. 561-562, pp. 962-969, pp. 982-985. Chile: Editorial Mc. Graw Hill.

Franco, Ricardo; Arriazu, Francisco López; Serafini, Gabriel D. (2008). Física y Química. (Intercambios de energía. Estructura y transformaciones de la materia.), pp. 161-164. Buenos Aires, Argentina: Editorial Santillana.

Rolando, Aída; Jellinek, Mario René (Febrero, 1995). Química 4, pp. 441-460. Bogotá, Colombia: A-Z Editora.

Sears, Francis W.; Zemansky, Mark W. (6ta Edición, 1988). University Physics, pp. 1040-1048, pp. 1064-1065. Estados Unidos: Addison-Wesley.

Young, Hugh D.; Freedman, Roger A. (12da. Edición. 2009). Física Universitaria, con física moderna (Volumen 2), pp. 1478-1492. México: Pearson Educación.

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